Đồ Án Ứng dụng bộ điều khiển mờ lai và SCADA trong hệ thống bơm thử

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI



Những năm đầu của thập kỷ 90, một ngành điều khiển kỹ thuật mới được
phát triển rất mạnh mẽ và đã đem lại nhiều thành tựu bất ngờ trong lĩnh vực điều
khiển, đó là điều khiển mờ. Ưu điểm cơ bản của điều khiển mờ so với các
phương pháp điều khiển kinh điển là có thể tổng hợp được bộ điều khiển mà
không cần biết trước đặc tính của đối tượng một cách chính xác.
Trong thực tế để phát huy hết ưu điểm của mỗi loại bộ điều khiển mờ và bộ
điều khiển rõ (kinh điển), người ta thường dùng các hệ kết hợp giữa hai loại bộ
điều khiển truyền thống và điều khiển mờ với nhau, ta gọi đó là bộ điều khiển
mờ lai.
Từ đó, việc kết hợp giữa bộ điều khiển kinh điển và bộ điều khiển mờ chính
là cơ sở lý thuyết cho đề tài này.
Một trong những đơn vị nghiên cứu và ứng dụng các thành tựu khoa học đã
đưa cơ sở lý thuyết này vào ứng dụng thực tế, công ty TNHH TM&DV Vinh
Nam, với dự án Hệ thống thử bơm và Máy nén khí, được lắp đặt tại xí nghiệp
liên doanh VietsoPetro.
Quasự giới thiệu của thầy Phan Nguyễn Phục Quốc, những người thực hiện
đã được công ty giao cho việc thực hiện một mô hình Demo thu nhỏ của dự án
(dĩ nhiên là đơn giản hơn hệ thống thật) với tên gọi “ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU
KHIỂN MỜ LAI VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM” với mục đích
thử nghiệm thành công cơ sở lý thuyết này. Bên cạnh đó, những người thực hiện
còn nghiên cứu ứng dụng SCADA (Supersisory Control And Data Acquisition)
vào việc điều khiển và giám sát cũng như thu thập số liệu của hệ thống.
Hệ thống thử bơm là một hệ thống có quán tính lớn, các thông số của hệ
thống lại hoàn toàn không biết trước, vì thế để điều khiển hệ thống, những người
thực hiện đã kết hợp giữa bộ điều khiển kinh điển PID và lý thuyết điều khiển
mờ để hệ thống có thể tự chỉnh định các thông số của nó nhằm đưa hệ thống đạt
được yêu cầu của bài toán.
Nhận thấy tầm ứng dụng to lớn của PLC SIMATIC S7-400 sẵn có tại công
ty và phần mềm rất hiệu quả Step7, những người thực hiện đã tranh thủ đưa vào
ứng dụng cho hệ thống của mình.


MỤC LỤC
Lời Cám Ơn
Nhận Xét
Giới Thiệu Đề Tài

Phần 1 Lý thuyết điều khiển mờ 1
Chương 1 Các khái niệm cơ bản .2
1. Khái niệm về tập mờ .2
2. Các phép toán trên tập mờ 4
3. Biến ngôn ngữ và các giá trị của nó 8
4. Luật hợp thành mờ 10
5. Giải mờ .15
Chương 2 Điều khiển mờ .21
1. Bộ điều khiển mờ cơ bản 21
2. Những nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ .22
3. Hệ điều khiển mờ lai .28
4. Chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID 32
Phần 2 PLC S7-400 và Tập lệnh 37
Chương 1 Ngôn ngữ lập trình STL .38
1. Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả .39
2. Các lệnh cơ bản .45
3. Các lệnh toán học .55
4. Lệnh logic tiếp điểm trên thanh ghi trạng thái 57
5. Lệnh đổi kiểu dữ liệu .62
6. Các lệnh điều khiển chương trình 66
7. Bộ thời gian (Timer) .71
8. Bộ đếm (Counter) .75
9. Kỹ thuật lập trình 78
9.1. Lập trình tuyến tính và lập trình có cấu trúc .78
9.2. Tổ chức bộ nhớ CPU 79
9.3. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modules mở rộng .80
9.4. Gọi khối FC .81
9.5. Instance block và thủ tục gọi khối FB 81
Chương 2 Điều khiển mờ với S7-400 .82
1. Chương trình FCPA .82
2. Sử dụng DB mờ vơi FB30 (Fuzzy Control) .82
3. Module mềm PID .83
Chương 3 Thuật toán điều khiển PID 93
1. Điều khiển PID liên tục .93
2. Dạng rời rạc của bộ điều khiển PID 95
2.1. Sự hiệu chỉnh thực tế của bộ điều khiển 96
2.2. Kỹ thuật antiwindup bộ tích phân 96
2.3. Chức năng cụ thể của các thành phần trong PID 101
Phần 3 HMI/SCADA (Development with iFIX/Intellution) .107
1. Tổng quan .108
1.1. Giới thiệu về iFIX 108
1.2. Thu thập dữ liệu 108
1.3. Quản lý dữ liệu .108
2. Cấu trúc 109
2.1. Giới thiệu về đồ họa (Graphics) 109
2.2. Thẻ (Tags) 111
2.3. Scheduler .112
2.4. Trình quản lý cơ sở dữ liệu (Database Manager) .114
2.5. Báo động (Alarming) .115
Phần 4 Thiết kế kỹ thuật sơ đồ công nghệ hệ thống thủ bơm .117
Chương 1 Tổng quan .118
1. Mục đích của hệ thống thử bơm .118
2. Thuyết minh kỹ thuật .118
2.1. Phương trình năng lượng 118
2.2. Tổn thất dọc đường trong ống 120
2.3. Tổn thất cục bộ trong đường ống .122
3. Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết giải quyết bài toán 126
3.1. Phương pháp nghiên cứu .126
3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ để chỉnh định tham số bộ điều khiển PID
.127
3.3. Thiết kế mô hình và Lập trình điều khiển .128
4. Hướng dẫn vận hành hệ thống .132
5. Bảng chú giải tên của các thiết bị sử dụng 133
6. Bảng Chú Giải Các Đại Lượng Vật Lý và Các Thuật Ngữ Sử Dụng .134
Chương 2 Các thiết bị dùng trong luận văn 135
1. PLC S7-400 135
2. Combined Liquid Flow Transducer/Transmitter (Cảm biến lưu lượng) 140
3. Proportional Solenoid Valves & Modules (Van điều khiển tỉ lệ) 141
DIP Switch .143
4. General Purpose Pressure Transducers/ Transmitters (GEMS
Transinstruments) (Cảm biến áp suất lưu lượng) .143
5. Pump (Bơm) .143
6. Tủ điện 144
7. Đặt cấu hình – Kết nối các thiết bị 144
7.1. Sơ đồ chung .144
7.2. Kết nối các thiết bị trong mạng Industrial Ethernet .145
7.3. Đặt cấu hình cho S7-400 .149
7.4. Kết nối các thiết bị của mô hình hệ thống thử bơm vào PLC 150
Chương 3 Chương trình chính 153
1. Diễn giải hệ thống 153
1.1. iFIX .153
1.2. Step 7 Manager .153
1.3. Lưu đồ giải thuật .153
2. Giao diện 155
2.1. Màn hình chính 155
2.2. Màn hình đặt giá trị 156
2.3. Màn hình xem báo động 158
2.4. Màn hình hiển thị kết quả .159
2.5. Màn hình About Program 160
3. Chương trình điều khiển 161
3.1. Cấu trúc chương trình .161
3.2. Project LVTN 161
Chương 4 Kết quả thi công và hướng mở rộng đề tài .163
1. Kết quả thi công 163
1.1. Điều khiển một điểm [lưu lượng] 163
1.2. Điều khiển 7 điểm [lưu lượng] .165
2. Hướng mở rộng đề tài 168

Tài liệu tham khảo
Phụ lục 1 : Đặc điểm kỹ thuật của một số thiết bị
Phụ lục 2 : Chương trình điều khiển hệ thống viết trên iFIX V2.21
Phụ lục 3 : Chương trình điều khiển hệ thống viết trên Step7